Компьютер управляет шаговым двигателем  

Руководствуясь  девизом  «Теория без практики, что свадьба без невесты» рассмотрим практическое доказательство теории сингулярности формирования сигналов  для  управления шаговыми двигателями.  Смотреть  предварительную тему.   Для усиления понимания  включить музыку_3

Адрес документа:

http://shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/tenis_bam_v5/tenis_bam_v5.doc

Адрес программы: 

http://90.189.213.191:4422/temp/temp/test_monsys.zip

 Содержание

Назначение

В данном документе, приведено описание системы компьютерного управления шаговым двигателем. На основе предлагаемой схемы разрабатывается  система управления подачи мяча. Двигатель на  определенное количество шагов поворота выдает  мяч на подачу.  Схема «обкатывалась» на двигателе ДШ-01

Схема подключения

·         Схема состоит из 4-х одинаковых управляемых ключей на транзисторах структуры n-p-n типа кт-819b.  Расчет подобных классических схем хорошо описан в литературе. Схема полностью аналогична авторской схеме управления двигателем постоянного тока. Ссылка.

·         Транзисторы по цепи коллектора нагружены на обмотки шагового двигателя  ДШ-01 . Параллельно обмоткам включены шунтирующие конденсаторы емкостью в 1-у микрофараду. Задача конденсаторов – уменьшить реактивную нагрузку и таким образом нагрев двигателя.  Конденсатор и индуктивность обмотки двигателя представляют собой параллельный контур LC. Возможен такой колебательный процесс, при котором энергия, поступившая от источника постоянного тока «крутиться» от емкости к индуктивности. Потери на активное сопротивление компенсируются внешней подачей энергии от транзисторного ключа. Это режим резонанса последовательного колебательного контура.  Это тема коэффициента полезного действия электрических двигателей и планируется рассматриваться в практической плоскости отдельно. 

·         Рабочий ток по цепи D+ - линия – D-   формируется конверторами до уровня   30-40 миллиампер. Что вполне хватает для управления силовыми транзисторами. Кроме того, конверторы имеют гальваническую развязку.

·         Выход D- конвертора, в исходном состоянии без передачи сигнала  – 5в. Диод не пропускает ток по цепи D+-транзистор-диод-D-, а  резисторы  в цепи база-эмиттер запирают   транзисторы.

·          При передачи сигнала, на D- формируется +5в. Через диод, положительное напряжение открывает транзистор и идет ток через одну из обмоток шагового двигателя.  Резисторы в цепи    определяют ток базы для включения транзисторов.

·         В цепи D+ диод требуется, для защиты от замыкания на землю, при выходном уровне сигнала +5в. В работе ключа используется протекание тока только в одном направлении.

 

Диаграммы сигналов для шагового двигателя

Двигатель ДШ-01 имеет 4-е катушки, которые распределены по статору равномерно, с интервалом 22.5 градуса. Шаговые двигатели придумали давно и подробно о работе подобных двигателей и токов в них смотрите, например,  по ссылке.  Ниже на рисунке показаны требуемые диаграммы токов в обмотке ДШ и соответствующее им движение  ротора по часовой стрелке.

Расчет сигналов rs-485 для работы шагового двигателя

Рассмотрим необходимость и достаточность сигналов интерфейса rs-485 исходя из полученных выше, требуемых импульсов.

·         Одиночный импульс формируется, при передачи кода x00( 0000-0000 в битовом отображении). На рисунке ниже, показан один сигнал кода  и их последовательность  с выхода D- преобразователя rs-485.  

·         Длительность импульса бита определяется из скорости, устанавливаемой на преобразователь. То=1/V, где  V- значение бит в секунду. Значение То – получаем в секундах и переводим в миллисекунды, умножая на 1000.

·         Поскольку, передается стартовый интервал То, восемь бит байта информации, то импульс получается из девяти То. Стоповый импульс создает интервал, и по сути, мешает сформировать требуемую последовательность управления. Его приходится учитывать при последующем синтезе сигналов.

 

·         Передаваемые импульсы, открывают транзисторные ключи, и формируют токи для движения ротора.

·         Изменением длительности задержки можно сформировать «перекрывающиеся» и «разрывные» диаграммы управляющих токов. Т.е. ток в 1-ом ключе еще не кончился, а во втором уже начался.  Ниже на рисунке показаны варианты диаграмм.

 

Программа для тестирования и настройки управления шаговым двигателем

 Это все один и тот же файл  test_monsys.exe , содержит в своем теле исполнение, текст, компилятор и возможности для дальнейшего развития.

Требуется выполнить программу,  ключами настройки в командной строке. Для получения cmd-файла с настройками, вначале выполняется переход к нашему режиму ШИМ-управления вручную, а именно:

Далее, нажимать или на клавиатуре или мышкой на окне и перейти на режим ШИМ.

Для автоматического перехода и выполнения используется сформированный файл test_tenis_rs-485-de_sha.cmd   Он открывается и редактируется текстовым редактором. Например, БЛОКНОТом.  Файл содержит наименование исполняемого файла, и всю последовательность командной строки, необходимую для задания режима ШИМ-управления.

test_monsys.exe s 3 m 3 x z 4   v    100      3 4 5 7    12      2  3      где, после наименования файла идут опции:

S – режим работы с консолью. Если поставить К- то будет выполнение без консоли.

3 – порт com, задаваемый при работе с другими режимами. В нашем режиме можно указать любое число от 1..255 Т.к. com-порты режима ШИМ указываются далее;

m – режим выполнения с музыкальным сопровождением. Данную букву опции допускается убрать при необходимости. Другие опции убирать нельзя, т.к. не будет перехода к заданному режиму;

3 – режим тесты общие;

x – тесты rs-485;

z - управление двигателем теннисного автомата;

4– режим теста шагового двигателя;

и теперь, наиболее  важное,  для именно Вашего Компьютера и Ваших портов.

v 100   3 4 5 7   12  2  3      – это скорость для портов 100 бит в секунду, порты 3 4 5 7 , 12 – вариант сочетания-расстановки портов с обмотками двигателя,  2 – тест настройки шага, 3 – выполнить команду  вращение вперед постоянное.

Вероятнее всего, на Вашем компьютере будут другие порты. Их должно быть 4-ре. Чтобы узнать подключенные порты, по клавише 1 вызовите диспетчер устройств. Посмотрите, что у Вас используется. Ниже на рисунке выделено четыре порта 61 62 63  и 64. Их и запишите.

Помните, что если повторно Вы включаете в разные USB-порты преобразователи USB-rs-485, то будут и разные usb-serial.

Желательно, USB-порты использовать постоянные и не менять настройки.  Исправив под свои порты опции, выполните вновь  файл test_tenis_rs-485-de_sha.cmd  Запустится программа, последовательно пройдет по всем окнам, настроит указанные порты и откроет режим настройки шагового двигателя. При нажатии клавиши 1, перейдете на сайт с описанием работы программы.

 Цветным овалом выделено сообщение о правильном открытии портов.

Если, порты указаны не правильно, или они заняты другими программами, то формируется сообщение об ошибке, как показано и выделено цветовым овалом ниже на рисунке.

 

Настройка совпадения  4-х портов и 4-х обмоток для правильной работы шагового двигателя;

 

  1 2 3 4      1 2 3 4

  1 2 3 4      1 2 4 3

  1 2 3 4      1 3 2 4

  1 2 3 4      1 3 4 2

  1 2 3 4      1 4 2 3

  1 2 3 4      1 4 3 2

  1 2 3 4      2 3 4 1

  1 2 3 4      2 3 1 4

  1 2 3 4      2 4 1 3

  1 2 3 4      2 4 3 1

  1 2 3 4      2 1 3 4

  1 2 3 4      2 1 4 3  

  1 2 3 4      3 4 2 1

  1 2 3 4      3 4 1 2

  1 2 3 4      3 1 2 4

  1 2 3 4      3 1 4 2

  1 2 3 4      3 2 1 4

  1 2 3 4      3 2 4 1

  1 2 3 4      4 3 2 1

  1 2 3 4      4 3 1 2

  1 2 3 4      4 2 1 3

  1 2 3 4      4 2 3 1

  1 2 3 4      4 1 3 2

  1 2 3 4      4 1 2 3

·         Способ определения варианта сочетания состоит из двух шагов:

1-шаг:   нажимается клавиша 2 –  два раза – вал должен повернуться по часовой стрелки первый раз на 90гр. И затем еще раз на 90 гр.    Если этого не произошло – выполняется 2-шаг, если повернулся вал – сочетание найдено. 

2-шаг:  нажимается клавиша 1 – переходим к следующему варианту сочетания обмоток и портов  и возвращаемся к шагу1;

Полученный вариант расстановки и требуется вписать в файл *.cmd .       Определиться с вариантом подключения получается достаточно быстро, в три нажатия * 24, т.е. за 1-2 минуты.

 

 

Выводы

23-3-2015  г. Новосибирск

ред.2 19-9-2016

Автор    Шабронов Андрей Анатольевич тс. +7  913-905-8839 shabronov@ngs.ru

 Успехов и здоровья!